Určení velikosti diamantových nanočástic pomocí Ramanovy spektroskopie

Text

Většina Ramanových spekter, které je možné vidět ve vědeckých publikacích začínají u hodnot Ramanova posunu 100 cm-1. Ovšem i oblast Ramanova spektra pod 100 cm-1 obsahuje cenné informace o akustických fononech, případně o vibracích těžkých prvků. Akustické vibrační módy mohou sloužit k určení velikostní distribuce nanočástic1 nebo polymorfismu molekul (nejčastěji léčiv) a obsahují též například informace o správné biologické funkci proteinů.2  

Nicméně, tyto módy nejsou při standartním uspořádání přístupné.V tomto uspořádání je, od vzorku, odražený laserový svazek odfiltrován hranovým filtrem (Edge filter), jehož hrana obvykle leží ve vzdálenosti okolo 100 cm-1 od vlnové délky laseru. Jedním z cílům této práce bude rozšířit stávající přístroj o sadu optických filtrů pro zúžení (očistění) laserového svazku a nahrazení standartního hranového filtru několika braggovskými filtry (Bragg filter, Low wavenumber notch filter).4 Tyto filtry propouštějí pouze úzkou část spektra v okolí dané excitační vlnové délky, a tudíž umožnují měřit spektra Ramanova rozptylu až do +/- 10 cm-1, viz Obrázek 1. Jedním z úkolů bude navrhnout a zrealizovat prostorově úsporné uspořádání filtrů pro očištění laserového svazku a Braggových filtrů pro měření vibračních módů nízkých frekvenci a následná optimalizace.  V druhé části práce bude optimalizovaná metoda využita pro měření reálných vzorků, zejména nanokrystalů diamantu a křemíkových nanočástic. Z porovnáním s dalšími detekčními technikami na měření velikosti nanočástic vyhodnotíme posun akustických modů v závislosti na vlastnostech nanočástic a provedeme srovnání s teoretickým modelem.5

Obrázek 1: Spektrum Ramanova rozptylu nanodiamantů (MSY 3h ultracentrifugované) změřené na podobném zařízení.
Popis
Obrázek 1: Spektrum Ramanova rozptylu nanodiamantů (MSY 3h ultracentrifugované) změřené na podobném zařízení.

Doporučená literatura:

[1] STEHLIK, Stepan, et al. Size Effects on Surface Chemistry and Raman Spectra of Sub-5 nm Oxidized High-Pressure High-Temperature and Detonation Nanodiamonds. The Journal of Physical Chemistry C, 2021.

[2] LEBEDKIN, Sergei, et al. A low-wavenumber-extended confocal Raman microscope with very high laser excitation line discrimination. Review of Scientific Instruments, 2011, 82.1: 013705.

[3] LIU, Xue-Lu, et al. Filter-based ultralow-frequency Raman measurement down to 2 cm− 1 for fast Brillouin spectroscopy measurement. Review of Scientific Instruments, 2017, 88.5: 053110.

[4] YANG, Bijun; MORRIS, Michael D.; OWEN, Harry. Holographic notch filter for low-wavenumber Stokes and anti-Stokes Raman spectroscopy. Applied spectroscopy, 1991, 45.9: 1533-1536.

[5] IVANDA, Mile, et al. Low wavenumber Raman scattering of nanoparticles and nanocomposite materials. Journal of Raman Spectroscopy: An International Journal for Original Work in all Aspects of Raman Spectroscopy, Including Higher Order Processes, and also Brillouin and Rayleigh Scattering, 2007, 38.6: 647-659.